• Composites Research
• /
• 제36권3호
• /
• pp.224-229
• /
• 2023

최근 각종 전자기기의 소형화와 웨어러블 디바이스의 수요가 증가함에 따라 IT 기기들의 나노화가 진행되는 추세이며, 이에 따른 배터리의 크기 및 용량 등의 한계를 극복하기 위하여 에너지 하베스팅 기술인 마찰 대전에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다. 불소계 코팅을 진행한 양극산화 알루미늄은 대전 서열에서 음극 성향이 높은 대전층과 대전된 전하가 전극으로 손실없이 전달되도록 도와주는 절연층 그리고 전극을 모두 포함하고 있는 구조로서 마찰 대전 나노발전기의 적용에 있어 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 마찰대전 나노발전기 적용에 유리한 양극산화 알루미늄을 활용하여 마찰대전 나노발전기에 영향을 미치는 표면 형상 및 절연층의 두께를 조절하여 발전량과의 상관관계에 대하여 분석하였다. 이러한 분석을 통하여 추후 마찰대전 나노발전기 제작에 있어 면적 대비 발전량을 증가시킬 수 있는 방향을 제시할 수 있었다.

• 한국재료학회지
• /
• 제34권1호
• /
• pp.34-43
• /
• 2024

New piezoelectric and triboelectric materials for energy harvesting are being widely researched to reduce their processing cost and complexity and to improve their energy conversion efficiency. In this study, BaTiO₃ films of various thickness were deposited on Ni foams by R.F. magnetron sputtering to study the piezoelectric and triboelectric properties of the porous spongy structure materials. Then piezoelectric nanogenerators (PENGs) were prepared with spongy structured BaTiO₃ and PDMS composite. The output performance exhibited a positive dependence on the thickness of the BaTiO₃ film, pushing load, and poling. The PENG output voltage and current were 4.4 V and 0.453 ㎂ at an applied stress of 120 N when poled with a 300 kV/cm electric field. The electrical properties of the fabricated PENG were stable even after 5,000 cycles of durability testing. The triboelectric nanogenerators (TENGs) were fabricated using spongy structured BaTiO₃ and various polymer films as dielectrics and operated in a vertical contact separation mode. The maximum peak to peak voltage and current of the composite film-based triboelectric nanogenerator were 63.2 V and 6 ㎂, respectively. This study offers new insights into the design and fabrication of high output nanogenerators using spongy structured materials.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제60권1호
• /
• pp.93-99
• /
• 2022

초소형, 웨어러블 기기 기술의 빠른 발전에 따라, 전자기기 구동을 위한 시공간적인 제한이 없는 지속적인 전기 공급을 필요로 한다. 이에 따라, 두 가지 다른 재료의 접촉과 분리로 만들어지는 정전기를 활용하는 마찰대전 나노발전기(Triboelectric nanogenerator, TENG)는 간단한 원리 덕분에, 복잡한 과정 및 설계 없이도 자연에서 버려지는 다양한 형태의 에너지들을 효과적으로 수확하는 수단으로 활용되고 있다. 하지만, TENG의 실생활의 적용을 위해서는 전기적 출력의 증가가 필요하다. 또한, 전기적 출력의 증가뿐만 아니라 전기적 출력의 안정적인 발생은 TENG의 상용화를 위해서 해결해야 될 과제이다. 본 연구에서는 TENG의 출력을 향상시킬 뿐만 아니라, 향상된 출력을 안정적으로 나타낼 수 있는 방법을 제안하였다. 출력의 향상 및 안정성을 위해서 TENG 구성 요소 중 하나인 접촉층을 일렉트렛으로 사용하였다. 활용된 일렉트렛은 Fluorinated ethylene propylene (FEP) 필름에 코로나 차징과 열처리 과정을 순차적으로 진행함으로써 제작되었다. 코로나 차징으로 인해 인위적으로 주입된 전하가 열처리 과정에 의해서 깊은 트랩으로 들어가게 되어 전하의 이탈 현상이 최소화된 일렉트렛을 제작하고 이를 TENG 제작에 활용하였다. 제작된 일렉트렛의 출력 성능은 수직 접촉 분리 모드 TENG의 전압 출력을 측정함으로써 검증되었고, 코로나 차징 과정을 거친 일렉트렛은 어떠한 처리도 되지 않은 FEP 필름에 대비 12배 높은 출력 전압을 나타냈다. 일렉트렛의 시간 및 습도 안정성은 일반 외부 환경 및 극한의 습도 환경에 일렉트렛을 노출시킨 후, TENG의 출력 전압을 측정함으로써 확인되었다. 또한, 박수를 모티브로 한 Clap-TENG에 일렉트렛을 적용하여 LED를 작동시킴으로써 실생활에 적용할 수 있음을 보여주었다.